Особенности строения генетического аппарата у бактерий и вирусов

В состав нуклеотида бактерий входят ДНК, РНК и белки. Число нуклеотидов в бакте­риальной клетке может варьировать от одного (в культу­рах, находящихся в стационарной фазе роста) до двух (в стадии задержки размножения после переноса клеток в свежую среду) и четырех (в культурах с постоянной скоростью роста). Каждый нуклеоид содержит двухцепочечную замкнутую в кольцо молекулу ДНК. В молекуле ДНК нуклеотида закодирована вся генетиче­ская информация, необходимая для жизнедеятельности клетки, поэтому нуклеотид рассматривают как бактериаль­ную хромосому. Хро­мосомы имеют кольцевое строение. Гигантская молекула ДНК бактериальной хромосомы поддерживается связанными с ней молекулами РНК и белка в форме компактной струк­туры, свернутой в отдельные сверхспирализованные петли (домены), число которых колеблется от 12 до 80.

Помимо хромосомной ДНК в состав генома многих прокариот входят также сверхскрученные, ковалентно-замкнутые кольцевые молекулы внехромосомной, или плазмидной, ДНК.

Способы передачи наследственной информации у бактерий:

1.трансформация – перенос изолированных фрагментов мол-лы ДНК из одного орг-ма к другому.

2.трансдукция это способность переносить наследственную инф-ю от одного орг-ма к др. при помощи вирусов.

3.конъюгация – обмен наследственной информацией.

Генетиче­ский материал вируса представлен одной молекулой нуклеиновой кислоты, ДНК или РНК, не связанной с белком. В связи с этим вирусы подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие. Вирусы бактерий чаще содержат ДНК, а почти все вирусы растений и подав­ляющее большинство вирусов человека — РНК.

Нуклеиновая кислота вируса бывает одно- или двухцепочечной и может иметь кольцевую или линейную форму. Кольцевая форма ДНК более стабильна и свойственна большинству вирусов. Кольцо ДНК (РНК) обычно бывает перекручено, поэтому она имеет суперспирализованный вид.

Генетическое вещество у вирусов заключено в белковую оболоч­ку, которая вместе с нуклеиновой кислотой образует так называемый капсид или нуклеокапсид. Большинство вирусов растений и РНК-содержащих бактериальных фагов состоит только из нуклеиновой кислоты и белка.

Генная инженерия – это комплекс действий, направленных на реорганизацию (перестройку) наследственного материала. Целью ГИ явл-ся создание новых гибридных форм эукариот и прокариот не половым путем, а методом гибридизации мол-лы ДНК (перенос ген-ой инф-ции из 1 орг-ма в др.). Включает следующие этапы:

1.получение ген-го материала.

2.включение этого материала в автономно реплицирующуюся генетт-ю стр-ру и создание рекомбинантной ДНК.

3.введение рекомбинантной мол-лы ДНК в кл.-реципиент и вкл. ее в хромосомный аппарат.

4.отбор трансформированных кл. в геном кот. вкл. переносимый ген.

Способы получения генов для пересадки

1.синтезирование хим-м путем.

2.метод ферментативного синтеза.

3.с помощью фер-тов рестриктаз.

4.клонирование (размножение кл. с рекомб-ной ДНК).

Основные достижения ГИ.На основе генной инженерии можно наладить промыш­ленное производство витаминов, аминокислот, фермен­тов, гормонов и т. д. В настоящее время уже освоено промышленное производство белка инсулина (гормона поджелудочной железы для лечения диабета) и интерферонов — белков, подавляющих размножение вирусов. Генная инженерия используется в медицинской практике получения вакцин и сывороток.

Генная инженерия позволяет конструировать и эукариотические клетки с новой генетической программой. В настоящее время получают гибриды соматических клеток разных видов и даже животных и растений. Созданы рас­тения, способные усваивать атмосферный азот, что в бу­дущем не только обогатит растительную пищу белками, но сделает ненужным применение азотсодержащих удобрений и благоприятно скажется на чистоте окружающей среды.

Успехи генной инженерии позволили решить ряд фундаментальных проблем биологии. Так, с ее помощью были обна­ружены мозаичное, экзонинтронное, строение гена у эукариот, структурные особенности и механизмы активности генов имуноглобулинов, выделены гены, ответственные за развитие злокачественных опухолей, расшифрована их полная нуклеотидная последовательность, выяснены некоторые механизмы дифференци­альной активности генов в онтогенезе.

СЕЛЕКЦИЯ КАК НАУКА И ТЕХНОЛОГИЯ. ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ В СЕЛЕКЦИИ. СИСТЕМЫ СКРЕЩИВАНИЯ И МЕТОДЫ ОТБОРА В СЕЛЕКЦИЮ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СЕЛЕКЦИИ ДОСТИЖЕНИЙ ГЕНЕТИКИ.

Селекция –это наука и методах создания новых и улучшения существующих штампов микроорганизмов, сортов растений и пород животных.

Породой, сортом, штаммом называют популяцию организмов, искусственно созданную человеком и характеризующуюся определенными наследственными особенностями. Все особи внутри породы, сорта, штамма имеют сходные наследственно закрепленные св-ва: продуктивность, определенный комплекс физиологических и морфологических св-в, а также однотипичную реакцию на факторы внешней среды.

Наличие наследственной изменчивости позволяет путем различных систем скрещивания сочетать определенные наследственные признаки в одном организме, а также избавляться от нежелательных св-в.

Система скрещивания

Методы скрещивания 1. родственное (самоопыление)

(разведения): 2. Неродственное: - внутрипородное

Родственным скрещиванием (инбридинг) называют скрещивание особей, имеющих близкую степень родства:

Неродственное скрещивание-аутбридинг. Служит важным методом селекции. С его помощью комбинируют различные ценные признаки для создания новой породы или сорта.

Пример: чтобы повысить живой вес кур породы с маленьким весом, их можно скрестить с другой породой, характеризующейся большим живым весом. Гибридные куры первого поколения по весу будут занимать промежуточное положение. Но если их скрестить с такими же гибридными петухами, то во F2 произойдет расщепление на различные по весу особи. Породы еще не будет, но в этом поколении могут встретиться нужные сочетания признаков.

Отдаленная гибридизация – скрещивание форм, относящихся к разным видам и родам. В селекции получила наибольшее значение у растений, и прежде всего вегетативно-размножаемых. Ее широко использовали многие селекционеры для выведения сортов плодовых и ягодных растений, совмещающих в себе ряд таких ценных качеств, как морозостойкость, устойчивость к заболеваниям. Вегетативное размножение отдаленного гибрида снимает проблему стерильности. Так скрещивание диких иммунных к вирусным заболеваниям видов сахарного тростника с культурными формами позволило в 3 раза повысить продукцию сахара.

У животных: скрестили тонкорунных грубошерстных овец с диким бараном – Архаром была создана тонкорунная порода. Архаро – мерино, приспособленное к высокогорным пастбищным условиям.

В селекциях микроорганизмов гибрид двух дрожжей: Saccharomyces cerevisiae и S. Carlsbergensis сочетает ферменты, гидролизирующие сахара обоих видов. В силу этого он дает повышенный выход спирта и патоки. Этот гибридный штамм может неограниченно долго размножаться вегетативно не давая расщепления.

Основные задачи современной селекции:

- повышение урожайности сортов культурных растений

- повышение продуктивности пород домашних животных

- повышение продуктивности штаммов микроорганизмов

С целью изучения многообразия и географического распространения культурных растений Н.И Вавилов организовывал многочисленные экспедиции. В результате выделены центры происхождения культурных растений:

1)Южноазиатский – рис, сахарный тростник, цитрусовые.

1.Ядерные структуры бактерий- хроматиновые тельца или нуклеоиды (хромосомная ДНК). У бактерий одна замкнутая кольцевидная хромосома (до 4 тысяч отдельных генов)прикрепленная к одной из мезосом.Бактериальная клетка гаплоидна(поэтому у них нет явления доминантности), а удвоение хромосомы (репликация ДНК) сопровождается делением клетки. Вегетативная репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали- от родительской клетки- к дочерней. Передача генетической информации по горизонтали осуществляется различными механизмами- в результате конъюгации, трансдукции, трансформации, сексдукции.

2.Кроме хромосомы, у бактерий имеются внехромосомныегенети­ческие элементы - плазмиды.Плазмиды- экстрахромосомный генетический материал (ДНК), более просто устроенные по сравнению с вирусами организмы, наделяющие бактерии дополнительными наследс­твенными признаками(полезными свойствами).Плазмида может быть элиминирована (удалена) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность.По молекулярной массе плазмиды значительно меньше хромосомной ДНК, содержат от 40 до 50 генов.

В настоящее время известно свыше 20 типов плазмид у бактерий. Назовем некоторые из них :

F-плазмида, фактор фертильности (лат. fertilis - плодовитый), или половой фактор, определяет способность бактерий к образованию по­ловых ворсинок и к конъюгации, индуцируют деление.

R-плазмиды(resistance) определяют резистентность бактерий к лекарственным средствам. Передача R-плазмид от одних бактерий к другим приводит к быстрому распространению лекарственноустойчивых бактерий.

Col-плазмиды кодируют синтез колицинов (бактериоцинов)- антибактериаль­ных веществ, вызывающих гибель других бактерий того же илиродственных видов (антагонизм). Впервые они были обнаружены у Escherichia соli,отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафи­лококков (стафилоцины), палочек чумы (пестицины) и других бакте­рий. Наличие плазмидыбактериоциногенности придает бактериям се­лективные преимущества в биоценозах.

Ent-плазмиды определяют продукцию энтеротоксина.

Tox- плазмиды- токсинообразование.

Н1у-плазмида - гемолитическую активность.

Близкородственные плазмиды не способны стабильно сосуществовать, что позволило объединить их по степени родства в Inc- группы (incompatibility- несовместимость).

Биологическая роль плазмид многообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена бактерий;

- контроль синтеза факторов патогенности;

- совершенствование защиты бактерий.

Бактерии для плазмид- среда обитания, плазмиды для них- переносимые между ними дополнительные геномы с наборами генов, благоприятствующих сохранению бактерий в природе.

Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые, встраиваясь в хромосому бак­терии, могут придавать ей определенные свойства. Например, tox-гены, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий дифтерии, клостридий ботулизма и др.

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип- это общая сумма генов микроба. В отношении микро­организмов "генотип" означает то же, что "геном".

Фенотип- это весь комплекс свойств микроба, проявление генотипа в определенных, конкретных условиях существования.При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Гены, ответственные за синтез какого-то соединения, обозначают строчными буквами латинского алфавита по названию соединения, например, при наличии гена, кодирующего синтез лейцина, - ieu + , при отсутствии - leu - . Гены, ответственные за резистентность к лекарствен­ным средствам, бактериофагам, ядам, обозначают буквой г (лат. resistentia), а чувствительные - буквой s (лат. sensitiv - чувствительный). Например, чувствительность к стрептомицину обозначают str 5 , резис­тентность str r . Фенотип бактерий обозначается теми же знаками, но с прописной буквы: соотвественноLeu + , Leir, Str 1 , Str 8 .

Изменчивость микроорганизмов

Наследственность- способность сохранения постоянства спе­цифических свойств организма на протяжении ряда поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных.

Изменчивость- различие в свойствах между особями одного вида. Различают изменчивость наследственную и ненаследственную.

Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модифика­ции) не затрагивает геном микроба, не передается по наследству. Мо­дификации возникают в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, измене­ние исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, разлагающие этот углевод. Стафило­кокки образуют фермент, разрушающий пенициллин, только в присут­ствии этого антибиотика. Примером модификаций является также образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к исходной форме после прекращения его действия.

Наследственная или генотипическая изменчивость возникает в ре­зультате изменения самого генома. Изменение генома может наступить в результате мутаций или рекомбинаций.

Мутации(лат. mutatio - изменение) - скачкообразные изменения наследственного признака Таким признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к анти­биотику.

По происхождению мутации могут бытьгенные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы, спонтанными или индуци­рованными.Индуцированные мутации получают в эксперименте под влиянием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спон­танные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Ча­стота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 млн. Образовавшиеся микробы называют мутантами. Если возникшая мута­ция выгодна для микроба и создает для него преимущества в определен­ных условиях среды, то мутанты выживают и дают многочисленное потомство. Если же мутация не создает преимуществ, мутанты поги­бают.

Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое зна­чение. Получены штаммы-мутанты грибов и актиномицетов, являю­щиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью мо­гут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин.

Диссоциациябактерий (лат. dissociatio - расщепление) - одно из про­явлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, вырастающие при посеве на плотную питательную среду в виде глад­ких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-формы колоний - круглые, влажные, с глад­кой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-формы колоний неправильной формы, сухие, с изрезанными краями и шероховатой поверхностью.

Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий вирулентны­ми являются S-формы. Исключение составляют возбудители,чумы, си­бирской язвы, туберкулеза.

Генетические рекомбинации- (лат. recombinatio - перестановка) у бак­терий - это передача генетического материала (ДНК) от клетки-донора к клетке-реципиенту, в результате появляются рекомбинанты с новыми свойствами.

Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов

Трансформация (лат. transformatio - превращение) - передача ДНК в виде свободного растворимого ве­щества, выделенного из клетки до­нора, в клетку реципиента. При этом рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента родствен­ны друг другу, и может произойти обмен гомологичных участков сво­ей и проникшей извне ДНК. Впер­вые явление трансформации открыл Ф. Гриффите в 1928 г. Он ввел мы­шам живой невирулентный бескап-сульныйштамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный кап-сульный штамм пневмококка Мыши погибли, из их крови была выделе­на живая культура вирулентного капсульного пневмококка Сам Гриф­фите считал, что трансформация произошла путем поглощения невиру­лентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма Позже, в 1944 г О Эвери, К Мак Леод и М Мак-Карти доказали, что трансформирующее вещество - это ДНК, которая является носителем генетической информации Гак впервые была доказана роль ДНК как материального субстрата наследственности

Трансдукция(лат transductio - перенос) - передача ДНК от бакте­рии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофагаРазли­чают неспецифическую трансдукцию, специфическую и абортивную

При неспецифической трансдукции может быть перенесен любой фрагмент ДНК донора При этом ДНК донора попадает в головку бак­териофага, не включаясь в его геном Принесенный бактериофагом фрагмент ДНК донора может включиться в хромосому реципиента. Та­ким образом, бактериофаг в этом случае является только переносчиком ДНК, сама фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинанта.

При специфической трансдукции гены хромосомы донора замеща­ют собою некторые гены бактериофага В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом хромосомы донора включается в строго оп­ределенные участки хромосомы реципиента в виде профага Реципи­ент становится лизогенным и приобретает новые свойства.

Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, при­несенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается в цитоплазме и может кодировать синтез како­го-то вещества, но не реплцируется при делении, передается только одной из двух дочерних клеток и затем утрачивается.

Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) - это переход ДНК из клетки-донора ("мужской") в клетку-реципиент ("женскую") через по­ловые пили при контакте клеток между собой. Донором является "муж­ская" клетка (F + -клетка), она содержит F-фактор - половой фактор, который кодирует образование половых пилей. Клетки, не содержа­щие F-фактора (F - -клетки), являются женскими. При конъюгации клет­ки-доноры соединяются с клетками-реципиентами с помощью F-пилей, через которые происходит переход ДНК. Если клетка-реципиент полу­чает F-фактор, она становится "мужской" F + -клеткой.

Если F-фактор включен в хромосому, то бактерии способны пе­редавать фрагменты хромосомы и называются Hfr-клетками (англ, highfrequency of recombination - высокая частота рекомбинации). При конъ­югации хромосома разрывается в месте нахождения F-фактора и реплицируется, причем одна нить ДНК передается в клетку реципиента, а ко­пия остается в клетке донора. F-фактор включается в хромосому в опре­деленном ее участке, поэтому перенос отдельных генов хромосомы со­вершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая про­цесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхива­ния взвеси бактерий, можно выяснить, какие признаки передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последо­вательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. F-фактор при этом переносится последним.

Особенности генетики вирусов

Модификации.Ненаследуемые изменения у многих вирусов про­исходят в результате включения в состав их внешней оболочки липидов и углеводов клеток хозяина, в которых вирус репродуцируется.

Мутации.Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации генома вируса. Индуцированные мутации происхо­дят под действием мутагенов. Одни из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых осно­ваний) - на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клет­ке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по строению и величине бляшек, которые они образуют в культуре клеток, по антигенам, по чувствительности к температуре.

Рекомбинации.При одновременном паразитировании двух виру­сов в одной клетке хозяина возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит об­мен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновремен­ной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинесярекомбинанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа.

При одновременном паразитировании двух видов вируса в одной клетке в момент формирования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса одевается капсидом другого вируса (феномен транскапсидации). Так, например, известны случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) оказыва­ется включенным в белковый капсид другого вируса. В результате та­кой вирус приобретает способность поражать такие виды клеток, ко­торые были нечувствительны к исходному вирусу.

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 1580 ;

У прокариот ДНК представляет со­бой более или менее компактное образование, занимающее опре­деленную область в цитоплазме и не отделенное от нее мембра­ной.

Нуклеоид прокариот, несмотря на отсутствие ядерной мембраны, довольно четко отграничен от цитоплазмы, занимает в ней центральную обл. и заполнен нитями ДНК диамет­ром около 2 нм Вся ген. информация прокариот содержится в одной молекуле ДНК, имеющей форму ковалентно замкнутого кольца и получившей название бактериальной хромосомы 1 -. Дли­на молекулы в развернутом виде может составлять более 1 мм, т.е. почти в 1000 раз превышать длину бактериальной клетки. ДНК в этой структуре представлена системой из 20— 100 независимо суперспирализованных петель. В обеспечении суперспирализованной организации хромосом участвуют молекулы РНК. В прокариотной клетке ДНК м. находиться и вне бактериальной хромо­сомы — в плазмидах, но последние не являются обязательными клеточными компонентами.

Рекомбинационный процесс им свои особенности это в первую очередь определ-ся спос. их размн-я и закон ми их передачи ген материала. Известны 3 способа, приводящих к ре­комбинации генетического мате­риала прокариот (конъюгация, трансформация и трансдукция), различающихся механизмами передачи хромосомной ДНК.

При конъюгации, для которой необходим непосред­ственный контакт между бакте­риальными кл, осущ направленный пере­нос генетического материала от клетки-донора в клетку-реципи­ент. Как правило, в клетку-ре­ципиент переносится только часть генетического материала от клетки-донора, в результате чего образуется неполная зигота, или мерозигота, содержащая часть генома донора и полный геном клетки-реципиента. Участки перенесенной от донора ДНК нахо­дят гомологичные участки в молекуле ДНК реципиента, между которыми происходит генетический обмен В результа­те часть донорной ДНК встраивается в геном реципиента, а соответствующая часть реципиентной ДНК из него исключается.

Трансформация бактерий заключается в переносе ДНК, выделенной из одних клеток, в другие. Для трансформации не требуется непосредственного контакта между двумя клетками. Способность ДНК проникать в клетку-реципиент зависит как от природы самой ДНК, так и от физиологического состояния клетки-реципиента. Трансформирующей ДНК могут быть только высоко­молекулярные двухцепочечные фрагменты, при этом проникать в бактериальную клетку может ДНК, выделенная из разных биоло­гических источников, но включаться в геном — только ДНК с определенной степенью гомологичности. После того как экзогенный фрагмент ДНК, проникший в клетку, нашел гомологичный фрагмент ДНК клетки-реципиента, между ними происходит генетический обмен

Гены могут переноситься из одной бактериальной клетки в другую с помощью умеренных фагов. Такой перенос бактериальных генов получил название трансдукции. Трансдукция оказывается возможной, если в процессе размножения фага одна из частиц случайно захватит фрагмент бактериальной хромосомы, как правило, содержащий очень не­большое число генов. Когда такая фаговая частица заражает бак­терию-реципиент, бактериальная ДНК проникает в клетку таким же путем, как фаговая. Между трансдуцированной бактериальной ДНК и гомологичным участком бактериальной хромосомы может произойти обмен, и как следствие его возникают рекомбинанты, несущие небольшую часть генетического материала клетки-доно­ра.

Еще один путь переноса генетического материала у прокариот осуществляется с помощью плазмидопределенного типа, обладающих генами, обеспечивающими эту возможность. Такие плазмиды помимо переноса собственного генетического материала могут обеспечивать перенос хромосомных генов, плаз­мид, не обладающих способностью к самостоятельному перено­су, а также осуществлять передачу транспозонов из плазмиды в хромосому или другую плазмиду.

Дата публикования: 2015-02-03 ; Прочитано: 1616 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2020 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики

СРС

Выполнила: ст. группы 1-032 ОМ

Проверила: Авдиенко О.В.

Караганда 2016г.

Цель: Изучение генетического материала внеклеточных организмов.

Задачи:

1) Многоуровневая организация генома.

2) ДНК- и РНК-содержащие вирусы.

3) Изучение вирусных заболеваний.

Содержание:

II. Особенности генетическго аппарата вирусов ………………………5 стр.

III. ДНК-содержащие вирусы…………………………………………… 6 стр.

IV. РНК-содержащие вирусы…………………………………………7-8 стр.

V. Вирусные заболевания…………………………………………….8-9 стр.

VI. Характеристика рабдовирусов, пикорновирусов…………………10 стр.

VIII. Список используемой литературы …………………………………12 стр.

I. Введение

Существует большая группа живых существ, не имеющих клеточного строения. Эти существа носят названия вирусов (лат "вирус" - яд) и представляют неклеточные формы жизни. Вирусы нельзя отнести ни к животным, ни к растениям. Они исключительно малы, поэтому могут быть изучены только с помощью электронного микроскопа.
Вирусы способны жить и развиваться только в клетках других организмов. Вне клеток живых организмов вирусы жить не могут, и многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Поселяясь внутри клеток животных и растений, вирусы вызывают много опасных заболеваний. К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, корь, грипп, полиомиелит, оспа. Среди вирусных болезней растений известна мозаичная болезнь табака, гороха и других культур; У больных растений вирусы разрушают хлоропласты, и пораженные участки становятся бесцветными.
Вирусы открыл русский ученый Д. И. Ивановский в 1892 г. Каждая вирусная частица состоит из небольшого количества ДНК или РНК, т. е. генетического материла, заключенного в белковую оболочку. Эта оболочка играет защитную роль. Известны также вирусы, поселяющиеся в клетках бактерий. Их называют бактериофагами или фагами (греч "фагос" - пожирающий). Бактериофаги полностью разрушают бактериальные клетки и потому могут быть использованы для лечения бактериальных заболеваний, например дизентерии, брюшного тифа, холеры. Строений вирусов дает основание считать их неклеточными существами.

II. Особенности генетического аппарата вирусов

В 60-е годы, ознаменовавшиеся первыми успехами молекулярной биологии вирусов, начался и закат концепции о вирусах как организмах, и эти противоречивые процессы (триумф и закат) нашли свое отражение на 1-м Международном симпозиуме [Cold Spring Harbor, 1962]. Уже тогда одновременно с введением понятия “вирион” были показаны, с одной стороны, отличия их строения от строения клеток и даже был введен термин “архитектура” вирионов.
С другой стороны, были обобщены факты, указывавшие на совершенно отличный от клеток тип размножения, который некоторое время называли дизъюнктивной репродукцией, подчеркивая разобщенность — временную и территориальную — синтеза генетического материала (РНК, ДНК) и белков вирусов. В докладе на упоминавшемся симпозиуме был также сформулирован основной критерий отличия вирусов от других организмов: генетический материал вирусов является одним из двух типов нуклеиновых кислот (РНК или ДНК), в то время как организмы имеют оба типа нуклеиновых кислот. У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме. Вирусы хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на 2 класса: ДНК-содержащие (вирус гепатита В, герпеса и др.) и РНК-содержащие вирусы (тогавирусы, пикорнавирусы, вирус гриппа, парагриппа, ВИЧ, гепатит А). У вирусов, как и у прочих живых организмов, информация и структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом.

Вирусы являются автономными генетическими структурами, способными функционировать только в клетках, с разной степенью зависимости от клеточных систем синтеза нуклеиновых кислот и полной зависимостью от клеточных белоксинтезирующих и энергетических систем, подвергающихся самостоятельной эволюции. Если рассматривать вирусы в плане паразитологии, то их паразитирование следует признать не только внутриклеточным (как это имеет место у риккетсий и хламидий), а паразитизмом генетическим, так как взаимодействие вируса с клеткой является, прежде всего взаимодействием двух геномов — вирусного и клеточного.

Молекулярная биология, изучающая фундаментальные основы жизни, является в значительной степени детищем микробиологии. В качестве основных объектов изучения в ней используют вирусы и бактерии, а основное направление- молекулярная генетика основана на генетике бактерий и фагов.

Бактерии- удобный материал для генетики. Их отличает:

- относительная простота генома (сопокупности нуклеотидов хромосом);

- гаплоидность (один набор генов), исключающая доминантность признаков;

- различные интегрированные в хромосомы и обособленные фрагменты ДНК;

- половая дифференциация в виде донорских и реципиентных клеток;

- легкость культивирования, быстрота накопления биомасс.

Общие представления о генетике.

Ген- уникальная структурная единица наследственности, носитель и хранитель жизни. Он имеет три фундаментальные функции.

1.Непрерывность наследственности- обеспечивается механизмом репликации ДНК.

2.Управление структурами и функциями организма - обеспечивается с помощью единого генетического кода из четырех оснований (А- аденин, Т- тимин, Г- гуанин, Ц- цитозин). Код триплетный, поскольку кодон- функциональная единица, кодирующая аминокислоту, состоит из трех оснований (букв).

3.Эволюция организмов- благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям.

В узкоспециальном плане ген чаще всего представляет структурную единицу ДНК, расположение кодонов в которой детерминирует первичную структуру соответствующей полипептидной цепи (белка). Хромосома состоит из особых функциональных единиц- оперонов.

Основные этапы развития (усложнения) генетической системы можно представить в виде следующей схемы:

кодон à ген à оперон à геном вирусов и плазмид à хромосома прокариот (нуклеоид) à хромосомы эукариот (ядро).

Генетический материал бактерий.

1.Ядерные структуры бактерий- хроматиновые тельца или нуклеоиды (хромосомная ДНК). У бактерий одна замкнутая кольцевидная хромосома (до 4 тысяч отдельных генов). Бактериальная клетка гаплоидна, а удвоение хромосомы (репликация ДНК) сопровождается делением клетки. Вегетативная репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали- от родительской клетки- к дочерней. Передача генетической информации по горизонтали осуществляется различными механизмами- в результате конъюгации, трансдукции, трансформации, сексдукции.

2.Внехромосомные молекулы ДНК представлены плазмидами, мигрирующими генетическими элементами- транспозонами и инсервационными (вставочными) или IS- последовательностями.

Плазмиды- экстрахромосомный генетический материал (ДНК), более просто устроенные по сравнению с вирусами организмы, наделяющие бактерии дополнительными полезными свойствами. По молекулярной массе плазмиды значительно меньше хромосомной ДНК, содержат от 40 до 50 генов.

Их объединение в одно царство жизни с вирусами связано с наличием ряда общих свойств- отсутствием собственных систем мобилизации энергии и синтеза белка, саморепликацией генома, абсолютным внутриклеточным паразитизмом.

Их выделение в отдельный класс определяется существенными отличиями от вирусов.

1.Среда их обитания- только бактерии (среди вирусов , кроме вирусов бактерий- бактериофагов имеются вирусы растений и животных).

2.Плазмиды сосуществуют с бактериями, наделяя их дополнительными свойствами. У вирусов эти свойства могут быть только у умеренных фагов при лизогении бактерий, чаще же всего вирусы вызывают отрицательный последствия, лизис клеток.

3.Геном представлен двунитевой ДНК.

4.Плазмиды представляют собой “голые” геномы, не имеющие никакой оболочки, их репликация не требует синтеза структурных белков и процессов самосборки.

Плазмиды могут распространяться по вертикали (при клеточном делении) и по горизонтали, прежде всего путем конъюгационного переноса. В зависимости от наличия или отсутствия механизма самопереноса (его контролируют гены tra- оперона) выделяют конъюгативные и неконъюгативные плазмиды. Плазмиды могут встраиваться в хромосому бактерий- интегративные плазмиды или находиться в виде отдельной структуры- автономные плазмиды ( эписомы).

Классификация и биологическая роль плазмид.

Функциональная классификация плазмид основана на свойствах, которыми они наделяют бактерии. Среди них- способность продуцировать экзотоксины и ферменты, устойчивость к лекарственным препаратам, синтез бактериоцинов.

Основные категории плазмид.

1.F- плазмиды - донорские функции, индуцируют деление (от fertility - плодовитость). Интегрированные F - плазмиды- Hfr- плазмиды (высокой частоты рекомбинаций).

2.R- плазмиды (resistance) - устойчивость к лекарственным препаратам.

3.Col- плазмиды- синтез колицинов (бактериоцинов)- факторов конкуренции близкородственных бактерий (антогонизм). На этом свойстве основано колицинотипирование штаммов.

4.Hly- плазмиды- синтез гемолизинов.

5.Ent- плазмиды- синтез энтеротоксинов.

6.Tox- плазмиды- токсинообразование.

Близкородственные плазмиды не способны стабильно сосуществовать, что позволило объединить их по степени родства в Inc- группы (incompatibility- несовместимость).

Биологическая роль плазмид многообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена бактерий;

- контроль синтеза факторов патогенности;

- совершенствование защиты бактерий.

Бактерии для плазмид- среда обитания, плазмиды для них- переносимые между ними дополнительные геномы с наборами генов, благоприятствующих сохранению бактерий в природе.

Мигрирующие генетические элементы - отдельные участки ДНК, способные определять свой перенос между хромосомами или хромосомой и плазмидой с помощью фермента рекомбинации транспозазы. Простейшим их типом являются инсерционные последовательности (IS- элементы) или вставочные элементы, несущие только один ген транспозазы, с помощью которой IS- элементы могут встраиваться в различные участки хромосомы. Их функции- координация взаимодействия плазмид, умеренных фагов, транспозонов и генофора для обеспечения репродукции, регуляция активности генов, индукция мутаций. Величина IS- элементов не превышает 1500 пар оснований.

Транспозоны (Tn- элементы) включают до 25 тысяч пар нуклеотидов, содержат фрагмент ДНК, несущий специфические гены, и два Is- элемента. Каждый транспозон содержит гены, привносящие важные для бактерии характеристики, как и плазмиды (множественная устойчивость к антибиотикам, токсинообразование и т.д.). Транспозоны- самоинтегрирующиеся фрагменты ДНК, могут встраиваться и перемещаться среди хромосом, плазмид, умеренных фагов, т.е. обладают потенциальной способностью распространяться среди различных видов бактерий.

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип- вся совокупность имеющихся у организма генов.

Фенотип- совокупность реализованных (т.е. внешних) генетически детерминированных признаков, т.е. индивидуальное (в определенных условиях внешней среды) проявление генотипа. При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Изменчивость у бактерий может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации).

Временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды, называются модификациями (чаще - морфологические и биохимические модификации). После устранения причины бактерии реверсируют к исходному фенотипу.

Стандартное проявление модификации- распределение однородной популяции на две или более двух типов- диссоциация. Пример- характер роста на питательных средах: S- (гладкие) колонии, R- (шероховатые) колонии, M- (мукоидные, слизистые) колонии, D- (карликовые) колонии. Диссоциация протекает обычно в направлении Sà R. Диссоциация сопровождается изменениями биохимических, морфологических, антигенных и вирулентных свойств возбудителей.

Мутации- скачкообразные изменения наследственного признака. Могут быть спонтанные и индуцированные, генные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы).

Одновременно у бактерий имеются различные механизмы репарации мутаций, в том числе с использованием ферментов- эндонуклеаз, лигаз, ДНК- полимеразы.

Генетические рекомбинации- изменчивость, связанная с обменом генетической информации. Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов.

1.Трансформация- захват и поглощение фрагментов чужой ДНК и образование на этой основе рекомбинанта.

2.Трансдукция- перенос генетического материала фагами (умеренными фагами- специфическая трансдукция).

3.Конъюгация- при непосредственном контакте клеток. Контролируется tra (transfer) опероном. Главную роль играют конъюгативные F- плазмиды.

Геном вирусов содержит или РНК, или ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК, обладающую матричной активностью и соответственно- инфекционными свойствами, и негативную ( - ) РНК, не проявляющую инфекционные свойства, которая для воспроизводства толжна транскрибироваться (превращаться) в +РНК. Механизмы репродукции различных вирусов очень сложные и существенно отличаются. Основные их схематические варианты представлены ниже.

1. вирионная (матричная) +РНК à комплементарная -РНК (в рибосомах) à вирионная +РНК.

2. - РНК à вирусная (информационная) +РНК à - РНК (формируется на геноме зараженной клетки).

3. однонитевая ДНК: +ДНК à +ДНК -ДНК à +ДНК -ДНК +ДНК à +ДНК.

4. ретровирусная однонитевая РНК: РНК à ДНК (провирус) à РНК.

5. двунитевая ДНК: разделение нитей ДНК и формирование на каждой комплементарной нити ДНК.

Генофонд вирусов создается и пополняется из четырех основных источников:

двух внутренних (мутации, рекомбинации) и двух внешних (включение в геном генетического материала клетки хозяина, поток генов из других вирусных популяций).

Комплементация- функциональное взаимодействие двух дефектных вирусов, способствующее их репликации и горизонтальной передаче.

Фенотипическое смешивание- при заражении клетки близкородственными вирусами с образованием вирионов с гибридными капсидами, кодируемыми геномами двух вирусов.

Популяционная изменчивость вирусов связана с двумя разнонаправленными процессами - мутациями и селекцией, связанными с внешней средой как индуктором мутаций и фактором стабилизирующего отбора. Гетерогенность вирусных популяций- адаптационный генетический механизм, способствующий пластичности (устойчивости, приспособляемости) популяций, фактор эволюции и сохранения видов во внешней среде.

Генофонд вирусных популяций сохраняется за счет нескольких механизмов:

- восстановления изменчивости за счет мутаций;

- резервирующих механизмов (возможность перехода любых, даже негативных мутаций в следующую генерацию)- комплементация, рекомбинация;

- буферных механизмов (образование дефектных вирусных частиц, иммунных комплексов и др.), способствующие сохранению вируса в изменяющихся внешних условиях.